微波消解-MPT-AES法同时测定绿茶中锰、锌、铜、铁、铬、硒

韦琳骥，李丽华，张金生，周雅兰，李孝莉

(辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚顺113001)

微波消解-MPT-AES法同时测定绿茶中锰、锌、铜、铁、铬、硒

韦琳骥，李丽华*，张金生，周雅兰，李孝莉

(辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚顺113001)

绿茶样品经微波消解处理，用微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT-AES)测定其中的锰、锌、铜、铁、铬和硒六种微量元素含量。详细考察了分析谱线、微波功率、载气流量、工作气流量、氧屏蔽气流量等实验参数，并分析了酸效应、易电离元素的干扰情况。采用正交实验方法研究了消解过程中微波压力、消解温度及消解时间三因素对消解结果的影响。在优化的实验条件下，测得锰、锌、铜、铁、铬和硒的检出限分别为8.2、46、18、28.8、4.4、4.5ng·mL-1，加标回收率在96.89%～102.32%之间，相对标准偏差(n=11)均小于3.25%。结果表明，MPT-AES是一种简便、快速、准确、无污染的绿色环保方法。

绿茶，微波消解，微波等离子体炬原子发射光谱

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

太平猴魁 购于安徽茶叶专卖店;氩气(99.99%);氧气(99%);浓硝酸(优级纯);超纯水;标准储备液(Mn、Zn、Cu、Fe、Cr、Se、K、Ca、Na、Mg均为1mg·mL-1) 实验中所用的不同浓度的标准溶液均由上述标准储备液稀释而得。

1020型MPT光谱仪 采用金属炬管，气动雾化，专用去溶进样系统，长春吉大·小天鹅仪器有限公司;EXCEL微波消解仪 消解罐(专利)为大型框架罐式结构;内罐采用全进口TFM(改性聚四氟乙烯)，护套由全进口材料PEEK一次性压铸制成;放气孔和密封碗双重泻压保护消解罐，容积100mL，耐压15MPa;德国SG超纯水器;101A-1型干燥箱 大连干燥箱厂;分析天平 上海天平仪器厂。

1.2 样品处理方法

将茶叶于60℃烘箱烘干，然后碾碎过40目筛，准确称量茶叶样品量(0.2000±0.0005)g置于消解罐中，加入4mL硝酸，按最优消解程序进行消解。消解结束后，将消解液转移至烧杯中，在可控温电炉上缓慢加热使余酸挥发，冷却，转移至50mL容量瓶中，用超纯水定容。

1.3 实验方法

将光谱仪预热20min，工作气(Ar)、载气(Ar)调到最佳流量，点燃等离子体，稳定15min后，采用顺序扫描方式测定茶叶中锰、锌、铜、铁、铬和硒的最佳分析谱线。采用气动雾化进样方式，标准加入法对样品进行测量，最后由计算机给出测定结果。

2 结果与讨论

2.1 最佳实验条件的选择

2.1.1 最佳分析谱线的选择 通过对锰、锌、铜、铁、铬和硒的标准溶液进行波长扫描，选定279.482、213.856、324.754、344.061、357.9、196.09nm分别为测定锰、锌、铜、铁、铬和硒最佳分析谱线。

2.1.2 微波功率对发射强度的影响 元素的发射强度随着微波功率的升高而升高。但为降低干扰、保证足够的稳定性，本实验选择微波功率为80W。

2.1.3 载气和工作气流量的选择 载气和工作气流量都影响等离子体的稳定和元素发射强度。载气对雾化效果、样品的停留时间、等离子体温度都有影响［9-10］。载气流量小于800mL·min-1，各元素的发射强度随载气流量的增加而增加，载气流量大于800mL·min-1时，各元素的发射强度基本变化不大，故选择载气流量为800mL·min-1，见图1(a)。工作气也对等离子体有很大的影响。工作气流量在550mL·min-1到650mL·min-1之间，各元素发射强度达最大值，这时工作气流量的增加对各元素的发射强度影响不大，所以选择工作气流量为600mL·min-1，见图1(b)。

2.1.4 氧屏蔽气流量的选择 氧屏蔽气的作用是防止空气中的氮气进入等离子体，降低背景干扰，提高信噪比［11-12］。由于元素的发射强度基本都随氧屏蔽气流量的增加而升高，在800mL·min-1左右达到最大值。这时再增加氧屏蔽气流量，元素的发射强度也变化不大，所以选择氧屏蔽气流量为800mL·min-1，见图2。

图1 载气、工作气流量对发射强度的影响

图2 氧屏蔽气流量对发射强度的影响

2.2 干扰的考察

2.2.1 酸效应 实验考察了硝酸对锰、锌、铜、铁、铬和硒发射强度的影响。实验结果见图3，由图3可知，在0～0.15mol·L-1的浓度范围内，硝酸对元素发射强度影响不大;在0.15～0.4mol·L-1的浓度范围内，硝酸对锰、锌、铜、铬发射强度有持续的抑制作用，而对铁、硒发射强度的抑制作用在浓度达到0.25mol·L-1时趋于平缓。由于微波消解法处理样品时溶液在电热炉上蒸发至干，硝酸已大部分挥发掉，配制溶液后，残留在其中的硝酸浓度很少，所以硝酸对茶叶样品中的金属含量测定基本没有干扰。

图3 硝酸浓度对发射强度的影响

2.2.2 易电离元素的干扰 在微波等离子体中，最常见的基体干扰主要来源于易电离元素。大部分天然样品中都含有易电离元素，主要是钾、钙、钠、镁等。由于易电离元素电离电位较低，容易在微波等离子体中贡献自由电子，它们的电子比工作气氩气要容易得多，这直接影响了氩气的电离状态，从而可能导致某些激发、电离机理发生变化影响到待测元素在微波等离子体中的激发电离情况。本实验分别考察了易电离元素钾、钙、钠、镁对锰、锌、铜、铁、铬和硒六种元素发射强度的影响，实验结果见图4，由图4可知，对于1.0μg·mL-1的锰、锌、铜、铁、铬和硒，0～5倍的钙、0～10倍的钠、镁，0～50倍的钾基本上不干扰测定，钙在5～100倍范围，钠、镁在10～100倍范围对6种元素的测定均有增益作用，而钾在50～100倍范围对6种元素的测定均有抑制作用，所以本实验采用标准加入法消除干扰。

图4 易电离元素对发射强度的影响

2.3 微波消解条件的考察

首先对茶叶样品用量和硝酸用量进行考察，得出样品为0.2g、硝酸为4mL时，消解效果最佳。然后对微波消解茶叶的微波压力、消解温度、消解时间进行考察，采用二步法消解茶叶，因素水平见表1。采用L9(34)正交表进行微波消解条件实验，以茶叶样品锌含量为实验值，实验结果见表2。

根据表2中各因素的极差值数据可知，微波压力是影响茶叶样品消解的主要因素，其次是消解温度，影响最小的因素是消解时间。根据K值变化趋势确定最优的消解方案为A3B3C2，并通过对该方案做3次验证实验，最终得到最佳微波消解条件，见表3。

表1 正交实验因素水平表

表2 正交实验方案及结果

表3 微波消解参数

2.4 检出限、精密度及线性范围

在选定的最佳实验条件下，测定了各元素的检出限和精密度，分别对各元素溶液进行平行测定11次，得到锰、锌、铜、铁、铬和硒的检出限分别为8.2、46、18、28.8、4.4、4.5ng·mL-1，RSD分别为 2.4%、1.9%、2.5%、1.56%、1.41%、1.36%，并测定线性范围分别为0.04～50、0.03～10、0.02～50、0.1～100、0.02～30、0.02～20μg·mL-1。

2.5 样品分析

使用方法1.2进行样品处理，按照最佳实验参数进行样品测定，采用加标回收实验验证方法的准确性，其中锰、锌、铜、铁、铬和硒的加标量分别为800、50、10、200、0.5、0.1μg·g-1，测量结果见表4。

由表4可见，MPT-AES方法在较低功率、较少的氩气量下工作，有较好的精密度和准确度，茶叶样品中锰、锌、铜、铁、铬和硒的RSD均小于3.25%，回收率在96.89%～102.32%之间。用微波消解进行茶叶样品预处理，不但简便、减少环境污染和样品损失，节省试剂，速度提高80倍，而且精密度和回收率略优于常规消解。

3 结论

使用MPT-AES与微波消解技术相结合用于测定茶叶中的微量元素含量，方法操作简便，数据处理由仪器的操作软件直接完成，快速准确，是目前元素分析测试方面较理想的方法。从而可为实际生产领域各产品中微量元素含量的分析测定提供一种行之有效的手段，具有很好的实用价值。

表4 茶叶样品中锰、锌、铜、铁、铬、硒的测定结果(n=3)

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Simultaneous analysis of Mn，Zn，Cu，Fe，Cr，Se in green tea by microwave digestion-MPT-AES

WEI Lin-ji，LI Li-hua*，ZHANG Jin-sheng，ZHOU Ya-lan，LI Xiao-li (School of Chemistry and Materials Science，Liaoning University of Petroleum Chemical Technology，Fushun 113001，China)

Samples of green tea were digested by microwave digestion，and trace elements amounts of manganese，zincum，cuprum，ferrum，chrome and selenium in sample solutions were determined by microwave plasma torch atomic emission spectrometry(MPT-AES).The influence of experiment parameters:analytical wavelength，microwave forward power，flow rate of carrier gas and support gas，oxygen shield pressure on were investigated in detail，the effects of acid and easily ionizable element were also analyzed.Influtential factors of digestion process，including microwave pressure，digestion temperature and digestion time were studied by the orthogonal experimental designing method.Under the optimum conditions，detection limits of manganese，zincum，cuprum，ferrum，chrome and selenium were 8.2，46，18，28.8，4.4，4.5ng·mL-1respectively，standard addition recoveries were in the range of 96.89%～102.32%and relative standard deviation(n=11)was lower than 3.25%. The results showed that MPT-AES was a simple，rapid，accurate and free from contamination by the environment method.

green tea;microwave digestion;microwave plasma torch atomic emission spectrometry

TS207.5+1

A

1002-0306(2011)12-0458-04

茶叶是全球三大天然饮料之一，具有药理和保健功能。据国内外研究证明，饮茶能提神、排毒外，还能降低血中胆固醇，防止肝中脂肪积累，预防动脉硬化和高血压［1］。茶叶中含有非常丰富的微量元素，饮茶的同时可以补充人体所必须的微量元素。如：缺锰会引起骨骼生长不良;缺铜会造成贫血、动脉硬化、胆固醇升高;缺硒，容易患大骨节病、克山病、胃癌等。因此茶叶中矿质元素的分析是茶叶研究中的重要内容。茶叶中微量元素的测定方法多采用原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、分光光度法等［2-5］。虽然有些方法高效能、高速度、高灵敏度，但是因所使用的仪器昂贵而使得测定费用大。还有些方法虽然价格低廉、操作简便，但是灵敏度较差，检出限高，而且不能实现多元素同时测定。本实验拟利用微波消解对茶叶样品进行预处理，应用微波等离子体炬原子发射光谱(MPT-AES)同时测定茶叶中微量金属元素，为茶叶中微量金属元素的测定提供一种新的方法。MPT-AES的特点是在较低的功率条件下有较好的原子化效率和电子激发能力［6-8］，运行费用比 ICP低很多。

2010-12-17 *通讯联系人

韦琳骥(1981-)，女，在读硕士，研究方向:微波技术在分析化学中的应用。